Nitrogênio

Nas condições ambientes (25 °C e 1 atm) o nitrogênio é encontrado no estado gasoso, obrigatoriamente em sua forma molecular biatômica (N₂), formando cerca de 78% do ar atmosférico.

Além do nome nitrogênio, é chamado ainda de azoto em países que seguem o português europeu. É um elemento químico com símbolo N, número atômico 7 e número de massa 14 (7 prótons e 7 nêutrons), representado no grupo (ou família) 15 (antigo 5A) da tabela periódica.

História

Considera-se que foi descoberto formalmente por Daniel Rutherford em 1772 ao determinar algumas de suas propriedades. Entretanto, pela mesma época, também se dedicaram ao seu estudo Scheele que o isolou, Cavendish, e Priestley. O nitrogênio é um gás tão inerte que Lavoisier se referia a ele como azote (ázoe), que é uma palavra francesa que significa “impróprio para manter a vida”. Alguns anos depois, em 1790, foi chamado de nitrogênio, por Chatpal.

Foi classificado entre os gases permanentes desde que Faraday não conseguiu torná-lo líquido a 50 atm e -110 ºC. Mais tarde, em 1877, Pictet e Cailletet conseguiram liquefazê-lo.

Alguns compostos de nitrogênio já eram conhecidos na Idade Média: os alquimistas chamavam de aqua fortis o ácido nítrico e aqua regia a mistura de ácido nítrico e clorídrico, conhecida pela sua capacidade de dissolver o ouro.

Características principais

Como elemento (N) tem uma elevada eletronegatividade (3 na escala de Pauling) e 5 elétrons no nível mais externo (camada de valência), comportando-se como íon trivalente na maioria dos compostos que forma. Condensa a aproximadamente 77 K (-196 ºC) e solidifica a aproximadamente 63 K (-210 ºC).

Ocorre como um gás inerte (N₂), não-metal, incolor, inodoro e insípido, constituindo cerca de 4/5 da composição do ar atmosférico, não participando da combustão e nem da respiração.

Características principais
Nome, símbolo, número	Nitrogênio (Azoto), N, 7
Classe, série química	Não-metal , representativo (família do nitrogênio)
Grupo, período, bloco	15 (VA), 2, p
Densidade, dureza	1,2506 kg/m3 (273K), (ND)
Aparência e cor	Incolor
Propriedades atômicas
Raio atômico	65 pm
Raio covalente	75 pm
Raio de van der Waals	155 pm
Estado de oxidação (óxido)	±3,5,4,2 (fortemente ácido)
Estrutura cristalina	hexagonal
Massa atômica	14,0067(2) u
Configuração eletrônica	[He]2s22p3
Elétrons por nível de energia	2, 5
Propriedades físicas
Volume molar	13,54×10-6 m3/mol
Ponto de fusão	63,15 K (-210,15 ºC)
Ponto de ebulição	77,35 K (-196,15 ºC)
Entalpia de vaporização	2,7928 kJ/mol
Estado da matéria	gasoso
Entalpia de fusão	0,3604 kJ/mol
Velocidade do som	334 m/s (298,15 K ou 0 ºC)
Pressão de vapor	não definida
Características diversas
1ª Potencial de ionização	1402,3 kJ/mol
2ª Potencial de ionização	2856 kJ/mol
3ª Potencial de ionização	4578,1 kJ/mol
4ª Potencial de ionização	7475 kJ/mol
5ª Potencial de ionização	9444,9 kJ/mol
6ª Potencial de ionização	53266,6 kJ/mol
7ª Potencial de ionização	64360 kJ/mol
Condutividade elétrica	não definida
Condutividade térmica	0,02598 W/m*K
Eletronegatividade	3,04 (escala de Pauling)
Calor específico	1040 J/kg*K
Isótopos mais estáveis
iso AN meia-vida MD ED (MeV) PD 13NO sintético estável 9,965 minutos ε 2 200 13C 14N 99,634% estável 15N 0,366% estável
Unidades SI e CNPT, exceto onde indicado o contrário

Abundância e obtenção

O nitrogênio é o componente principal da atmosfera terrestre (78,1% em volume). É obtido, para usos industriais, pela destilação do ar líquido. O elemento está presente na composição de substâncias excretadas pelos animais, usualmente na forma de uréia e ácido úrico.

Tem-se observado compostos que contêm nitrogênio no espaço exterior. O isótopo ¹⁴N se cria nos processos de fusão nuclear das estrelas.

Aplicações

A mais importante aplicação comercial do nitrogênio é na obtenção do gás amoníaco pelo processo Haber. O amoníaco é usado, posteriormente, para a fabricação de fertilizantes e ácido nítrico. É usado, devido a sua baixa reatividade, como atmosfera inerte em tanques de armazenamento de líquidos explosivos, durante a fabricação de componentes eletrônicos (transistores, diodos, circuitos integrados, etc.) e na fabricação do aço inoxidável. O nitrogênio líquido, obtido pela destilação do ar líquido, se usa em criogenia, já que na pressão atmosférica condensa a -196 ºC. Outra aplicação importante é o seu uso como fator refrigerante, para o congelamento e transporte de alimentos, conservação de corpos e células reprodutivas sexuais e femininos ou quaisquer outras amostras biológicas.

Entre os sais do ácido nítrico estão incluídos importantes compostos como o nitrato de potássio (nitro ou salitre empregado na fabricação de pólvora) e o nitrato de amônio como fertilizante.

Os compostos orgânicos de nitrogênio como a nitroglicerina e o Trinitrotolueno (TNT) são muito explosivos. A hidrazina e seus derivados são usados como combustível em foguetes.

Na medicina nuclear, o ¹³N (lê-se nitrogênio 13), radioativo com emissão de positron, é usado no exame PET.

Compostos

Com o hidrogênio forma o amoníaco (NH₃) e a hidrazina (N₂H₄). O amoníaco líquido —anfótero como a água — atua como uma base em solução aquosa formando íons amônio (NH₄⁺). O mesmo amoníaco comporta-se como um ácido em ausência de água, cedendo um próton a uma base, dando lugar ao ânion amida (NH₂^–). Também se conhece largas cadeias e compostos cíclicos de nitrogênio, porém. são muito instáveis.

Com o oxigênio forma vários óxidos como o óxido nitroso (N₂O) ou gás hilariante, o óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO₂), estes dois últimos são representados genericamente por NO_x e são produtos de processos de combustão, contribuindo para o aparecimento de contaminantes (smog fotoquímico). Outros óxidos são o trióxido de dinitrogênio (N₂O₃) e o pentóxido de dinitrogênio (N₂O₅), ambos muito instáveis e explosivos, cujos respectivos ácidos são o ácido nitroso (HNO₂) e o ácido nítrico (HNO₃) que, por sua vez, formam os sais nitritos e nitratos.

Ações biológicas

O azoto é o componente essencial dos aminoácidos e dos ácidos nucléicos, vitais para os seres vivos. As leguminosas são capazes de desenvolver simbiose com certas bactérias do solo chamadas de Rizóbios. Estas bactérias absorvem o azoto diretamente do ar, sendo este transformado em amoníaco que logo é absorvido pela planta. Na planta o amoníaco é reduzido a nitrito pela enzima nitrito redutase e logo em seguida é reduzido a nitrato pela enzima nitrato redutase. O nitrato é posteriormente utilizado pela planta para formar o grupo amino dos aminoácidos das proteínas que, finalmente, se incorporam à cadeia trófica. Um bom exemplo deste processo é observado na soja, sendo esta uma cultura que dispensa adubação nitrogenada.

Isótopos

Dos dez isótopos artificiais do nitrogênio (sintetizados em laboratório), o ¹³N tem uma vida média de nove minutos enquanto que os demais isótopos, da ordem de segundos ou menos.

As reações biológicas de nitrificação e desnitrificação contribuem, de maneira determinante, na dinâmica do azoto no solo, quase sempre produzindo um enriquecimento em ¹⁵N do substrato.

Há dois isótopos estáveis do azoto: ¹⁴N e ¹⁵N. O mais comum é o ¹⁴N, com uma abundância relativa de 99,634%, sendo o restante preenchido pelo ¹⁵N. No universo, o ¹⁴N é produzida pelo ciclo carbono-azoto das estrelas.

Precauções

Os fertilizantes azotados são uma poderosa fonte de contaminação do solo e das águas. Os compostos que contêm íons cianeto formam sais extremadamente tóxicos e são mortais para numerosos animais, entre os quais os mamíferos.

Utilizando nitrogênio para retirar umidade de ar condicionado automotivo

 

Carro com suspensão ativa a nitrogênio